Enhanced Charge Transport in 2D Perovskites via Fluorination of Organic Cation

化学 堆积 钙钛矿(结构) 卤化物 能量转换效率 热稳定性 化学工程 无机化学 纳米技术 化学物理 结晶学 光电子学 有机化学 材料科学 工程类
作者
Fei Zhang,Dong Hoe Kim,Hai-Peng Lu,Ji-Sang Park,Bryon W. Larson,Jun Hu,Liguo Gao,Chuanxiao Xiao,Obadiah G. Reid,Xihan Chen,Qian Zhao,Paul F. Ndione,Joseph J. Berry,Wei You,Aron Walsh,Matthew C. Beard,Kai Zhu,Fei Zhang,Dong Hoe Kim,Hai-Peng Lu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (14): 5972-5979 被引量:354
标识
DOI:10.1021/jacs.9b00972
摘要

Organic-inorganic halide perovskites incorporating two-dimensional (2D) structures have shown promise for enhancing the stability of perovskite solar cells (PSCs). However, the bulky spacer cations often limit charge transport. Here, we report on a simple approach based on molecular design of the organic spacer to improve the transport properties of 2D perovskites, and we use phenethylammonium (PEA) as an example. We demonstrate that by fluorine substitution on the para position in PEA to form 4-fluorophenethylammonium (F-PEA), the average phenyl ring centroid-centroid distances in the organic layer become shorter with better aligned stacking of perovskite sheets. The impact is enhanced orbital interactions and charge transport across adjacent inorganic layers as well as increased carrier lifetime and reduced trap density. Using a simple perovskite deposition at room temperature without using any additives, we obtained a power conversion efficiency of >13% for (F-PEA)2MA4Pb5I16-based PSCs. In addition, the thermal stability of 2D PSCs based on F-PEA is significantly enhanced compared to those based on PEA.
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